綜合電法在水電站圍堰滲漏探測中的應用

陳 程 盧小林 唐齊許

（中國水電顧問集團中南勘測設計研究院 湖南長沙 410014）

前言

某電站圍堰防滲墻采用高噴灌漿施工工藝，墻體深入基巖1m。基坑抽水后發現上、下游圍堰均存在漏水現象，且隨著工程的推進、壩址和廠房開挖深度的加深，滲流量不斷加大，已嚴重影響到工程的施工。從施工現場看到上、下游圍堰的背水面已形成3處較大規模的滲漏點，初步估計滲漏總量大于5000m3/h，為此，施工承包商積極組織力量對防滲墻進行補強灌漿處理，但效果不顯著，為確保工程施工進度與施工安全，必須快速查明圍堰防滲墻的滲流性狀或可能的主要滲流通道，以便有針對性的采取相應補救措施。造、層面不甚發育，巖體完整性較好，；巖體風化以面狀風化為主，局部為囊狀風化。

上、下游圍堰就近取材填筑，材料主要為卵石、含礫亞黏土。堰體的臨水和背水面均呈自然坡度，堰頂寬約24m（下游）～28m（上游），頂面高程34m。距臨水面4m處設防滲墻，墻寬（厚）約 0.7m。河水高程 30m，基坑水位高程約22m。3處滲漏點，上游2處，下游1處，出露高程在22.5～25.0m之間，基本在圍堰體背水面坡腳附近。

現場電阻率（ρs）參數測試表明：干燥卵石值一般為2000Ω·m以上，含水卵石ρs值一般為100～800Ω·m，含礫亞黏土ρs值一般為80～240Ω·m，泥質粉砂巖ρs值一般為10～100Ω·m。

1 地質和地球物理條件

工程區河床高程 26.0～30.0m，砂礫石層厚5.5～8.5m，因多年民間淘金船作業，河床中部砂礫石層已非自然級配，而被多次翻動和篩選，留下的大多為顆粒較大的砂礫石。下伏地層（壩基巖體）為下第三系，是相對不透水巖層，巖性主要為紫紅色泥巖、粉砂質泥巖夾少量的泥質粉沙巖、中細砂巖，巖層產狀 N10°～20°E，SE∠10°～30°。壩址區地質構造相對較簡單，斷層構防滲墻體由砂、卵、礫石和水泥等膠結而成，仍在高噴補強的施工段和早已完成的墻體段，其電阻率值與墻體原材料和墻體含水與否呈現較大差異。由此可見，工程區具備了采用電法勘探查明圍堰滲漏部位的地球物理電性差異條件。

2 物探方法的選擇及工作布置

經現場查勘和了解，上游圍堰頂面正處于表層鉛絲籠（起壓實和保護作用）鋪設施工的高峰期，施工干擾大，且除防滲墻頂面和預留的施工車輛交通道外，堰頂再無可布物探測線之處，而下游圍堰頂面物探布置情況相對較好，施工干擾也相對較少。因此，為達到快速查明圍堰滲漏部位的目的，決定采用高密度電法、聯合剖面法和自然電位法相結合的綜合地面電法進行探測，分別在上、下游圍堰各布2條測線，即在上游圍堰防滲墻軸線和下游圍堰防滲墻旁以及各自的車輛交通道旁布置測線，同一圍堰上兩測線平行；考慮到探測深度和精度，選用測點距為 2m。具體測線布置見圖1。

圖1 物探工作布置示意圖

高密度電法選用的點距為 2～3m，共布置60個電極，排列長度為118～177m，選用測量裝置有：α排列（溫納裝置AMNB）、α2排列（溫-施裝置AMNB）。采用90V～480V直流電壓對地供電。

聯合剖面法選用的點距為 4.0m，供電極距AB/2為25m，測量電極距MN/2為2m，供電電壓90～480V。

自然電場法選用不極化電極，點距為 2m，基點放置于遠離圍堰的沙洲上陰涼暗處。

探測全過程可分為3個部分：（1）采用高密度電阻率法及自然電場法，判斷滲漏通道在平面上的分布位置和大致特征；（2）采用聯合剖面法，通過曲線有無“交點”，判斷滲漏通道的形態或佐證確立較大異常帶的平面位置；（3）利用施工檢查孔進行電視錄像，其孔位主要根據測線探測結果來確定，用于驗證和校核探測成果。

3 資料數據處理及解釋方法

高密度電法數據處理包括預處理和實質性處理。預處理方法主要包括剔除虛假點、相鄰斷面的數據拼接和插值等方面；而實質性處理主要對視電阻率斷面進行反演，使其能夠準確反映地下介質電阻率分布的真實情況。

高密度電法對異常體的定性解釋主要依據工程區的物性參數測試資料和地質資料，并考慮到下列情況：（1）滲漏通道因有大量流水，呈低阻異常反映；（2）仍在進行補強灌漿的高噴防滲墻體呈低阻反映；（3）淺部的大范圍鉛絲籠呈低阻影響；（4）下伏基巖－泥質粉砂巖呈低阻反映。

自然電位法。將逐點觀測到的電位差UΔ繪制成曲線圖，根據電位差的分布特征判斷滲漏通道存在的可能性。正常情況下，在滲流通道上測得的電位差最大，并可根據所觀測的電位差極性確定地下水運動方向，由負電位指向正電位。

4 成果分析與驗證

4.1 下游圍堰

根據下游圍堰滲漏段高密度電法探查成果，并結合施工地質情況對其分析認為：

XY-1測線，電阻率斷面圖中電性分層較明顯，工程樁號 0+330.0～0+220.0范圍內，高程27m以上，sρ＞100Ω·m的為填筑料及高噴墻的相對高阻表現；高程27～21m為50Ω.m＜sρ＜100Ω·m的原始覆蓋層及高噴墻的相對低阻區；高程21m以下為sρ＜50Ω·m的泥質粉砂巖低阻區。不難發現，在工程樁號 0+295.0～0+255.0段，高程 21m以上范圍內，呈現多處豎向單峰狀低阻異常，同時，自然電場法在整條測線內普遍偏高，聯合剖面在工程樁號 0+283.0處也出現低阻正交點。據此，推斷高噴防滲墻體在工程樁號0+330.0～0+220.0段內至少存在 4處滲漏異常點。樁號分別為：（1）0+261.0～0+258.0；（2）0+266.0～0+269.0；（3）0+279.0～0+283.0和（4）0+287.0～0+289.0處。其中（2）、（3）和（4）滲漏異常相對較大，且多以豎向通道形態存在，分析為高噴施工過程中對孔間距或孔斜控制不嚴、灌漿質量較差所致。

XY-2測線，電阻率斷面圖中電性分層十分明顯，探測段范圍內，高程22m以上為sρ＞200Ω·m 的不含水卵石堆積和覆蓋層的相對高阻反映，高程21m以下為sρ＜100Ω·m的泥質粉砂巖低阻表現；在工程樁號0+275.0～0+269.0、高程 21m以上范圍內出現一低阻異常，推斷該異常為滲漏通道中富含水所引起。與XY-1測線相比較，該測線的滲漏通道相對較集中，出露高程和位置也與圍堰背水面坡腳處滲漏點有較強的位置關聯。

綜上所述，推測XY-1測線（防滲墻）至少存在4處滲漏異常段，滲漏通道多以豎向形態存在。在XY-2測線（向基坑方向）滲漏通道已匯合至1處，該處位置與滲漏出水口位置呈順河向直線關聯。

為了驗證探測成果，在參建三方的參與下，對檢查孔ZK-0+278.4（工程樁號0+278.4m處）進行了動態電視錄像監視。錄像資料顯示：高程20.9～17.8m段為基巖，節理裂隙較發育，巖石較破碎，但動態錄像的井液中懸浮物未見一致方向性的移動，說明基巖段無明顯滲漏跡象；而高程 28.8～23.2m段井液中懸浮物運動方向一致（朝向基坑），即使投入示蹤劑（高錳酸鉀）后井液澄清仍較快，說明滲漏現象較明顯。可見，錄像監視觀察間接驗證了本次探查結果的準確性。

4.2 上游圍堰

根據上游圍堰滲漏段高密度電法成果，并結合施工地質情況對其分析認為：

S Y-1測線，工程樁號 0+510.0～0+90.0范圍內，由于受正在大面積補強灌漿施工的影響，電阻率斷面呈現出大范圍的低阻反映（sρ＜10Ω.m)，若僅有該測線探測資料將無法準確定性滲漏通道的位置。

S Y-2測線，高程28m以上為不含水填筑材料的相對高阻（sρ＞200Ω.m）反映，高程28～20m為原始覆蓋層相對低阻區（50Ω.m＜sρ＜100Ω.m），高程 20m 以下為泥質粉砂巖低阻區（sρ＜100Ω.m），未發現明顯的局部相對低阻異常。但探測資料顯示，在工程樁號 0+370.0～0+300.0段內，原河床覆蓋層至少有兩個小型深槽的反映。對照設計方案和施工資料發現，該防滲墻全線高噴灌漿施工（不取芯）的最低高程大致相同，相差無幾，均在高程 20m左右，結合聯合剖面法在測線內未出現明顯的低阻正交點之特征分析，推斷在兩個小型深槽段內存在相對集中滲漏區，滲漏區大致呈水平形態。分析認為，河床原始覆蓋層局部小型深槽是民間采砂或淘金擾動而形成的。由于勘探資料不詳細，施工過程灌漿孔不取芯，造成防滲墻局部未深入基巖而出現滲漏。因場地和探測期限制，未開展其他物探方法進一步詳細探查。

與探測成果提交的同時，防滲墻上的補強灌漿施工在與S Y-2測線的順河對應部位也發現深槽，取芯揭露，深槽部位的原始覆蓋層比周邊深2～3m，最深處超過4m。

5 結束語

由于受場地限制和施工干擾以及工期的影響，使得滲漏探查的難度加大，因此選擇多種地面電法探查方法，快速取得多種信息，在準確獲取測區各種物性參數的基礎上，結合施工地質資料，從不同角度研究異常源的性質，提高了探查成果解釋的準確性。從而為補強灌漿處理提供了準確資料，減少了盲目的工程投入，并起到加快工程施工進程的作用。

1 傅良魁. 電法勘探教程[M]. 北京：地質出版社，1990.

2 DL/T5010—2005水電水利工程物探規程 [S].

3 SL326—2005，水利水電工程物探規程 [S].

4 楊湘生. 綜合電法在黃花國際機場后勤基地找水中的應用[J]. 物探與化探，2009，33（3）.

5 張前進，楊進. 綜合電法在深部隱伏礦體勘查中的應用實例[J]. 物探與化探，2010，34（1）.